一种双能X射线探测器结构及探测方法技术

本发明专利技术涉及一种双能X射线探测器结构及探测方法，包括电源组件、探测组件；探测组件包括光子吸收体、第一电极组件及第二电极组件；光子吸收体包括第一侧、以与第一侧对置的第二侧；第一电极组件贴设在第一侧，第二电极组件贴设在第二侧；第一电极组件包括第一电极及第二电极，第一电极与正极输出端连接，第二电极与接地输出端连接；第二电极组件包括第三电极及第四电极，第三电极与正极输出端连接，第四电极与接地输出端连接。本发明专利技术技术方案中该双能X射线探测器不需要时间和空间的校准；探测速度快，探测器成本低；可分别获取低能和高能X射线的信号，能更好地区分被探测物体的密度。能更好地区分被探测物体的密度。能更好地区分被探测物体的密度。

【技术实现步骤摘要】
一种双能X射线探测器结构及探测方法


[0001]本专利技术涉及高能光子射线探测领域，尤其涉及一种双能X射线探测器结构及探测方法。

技术介绍

[0002]双能X射线是由能量很高的光子(几十千电子伏特至几百兆电子伏特)构成的射线，它同时具有波动和粒子特性。由于射线的光子能量很高，它对物体有很强的穿透能力，所以在医学诊断和治疗、核辐射技术、空间探测、物质科学、工业无损探伤，以及生物技术都有很重要的应用。在这些应用中，需要知道双能X射线穿过被探测物体的强度和能量分布，因此，双能X射线的强度和能量探测具有重要的应用需求。
[0003]目前，在现有技术中，常用的一种探测器为能量积分探测器，能量积分探测器可以分为积分型直接探测结构和积分型间接探测结构两种形式。如图5所示，是积分型直接探测结构，积分型直接探测结构包括公共电极40、高原子序数光电半导体41、及读出电路46，射线入射到探测器后，其光子能量在探测器中逐步沉积，并通过光电效应等产生第一光生电子/空穴对49。第一光生电子/空穴对49在偏置电场作用下分离，被电极所收集，产生光电流(或者光电压)信号，并通过阵列读出电路46将光电流(或者光电压)信号读出，如：第一光电流空间分布情况47。如图6所示，在积分型间接探测结构中，射线首先入射到闪烁体42，然后产生可见荧光43，可见荧光43再照射到半导体探测器，产生第一光生电子/空穴对49，进而产生光电流(或者光电压)信号，并通过阵列读出电路46将光电流(或者光电压)信号，如：第二光电流空间分布情况48。由于可见荧光43的光子能量远低于射线光子能量，所以这里可以使用普通的硅探测器获取可见荧光43的探测信息。积分型间接探测器探测过程中需要将射线首先转为可见荧光43，再将可见荧光43转换为光电流信号。如图10
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图13所示，是一种典型的光子计数探测结构，该光子计数探测结构包括传感器11、高压电源14、电荷放大器15、整形电路16、比较电路17、反重合电路18、及计数电路19。在该典型的光子计数探测结构中，入射的高能光子10照射到传感器11上，传感器11上产生一些物理效应，如光电效应，产生第二光生电子/光生空穴对13。传感器11在高压电源14的偏置电压作用下，形成偏置电场，第二光生电子/光生空穴对13在偏置电场内产生分离，形成探测电流，这一物理过程和能量积分探测器物理过程相似，但是对传感器11的暗电流和噪声要求更加严苛，与能量积分探测器区别之处在于，光子计数探测结构读出电路不是通过一个积分电容在一定时间内对第二光生电子/光生空穴对13进行累加，而是设定一系列的读数触发脉冲，读出电路在触发脉冲的边沿(一般是上升沿)读取电流或者电压信号，再通过电荷放大器15对该读取信号进行放大，经过电荷放大电路15放大后获得的时间序列探测脉冲信号，在一定的时间间隔内产生第一探测脉冲20、第二探测脉冲21、及第三探测脉冲22，其中，第一探测脉冲20、第二探测脉冲21、及第三探测脉冲22的脉冲幅值不用，由于读数触发时间非常短，可以近似地认为在一个读数脉冲中只接受一个入射光子，因此第一探测脉冲20、第二探测脉冲21、及第三探测脉冲22的信号幅值正比于入射的高能光子10的能量。该光子计数探测结构中可设定第
一阈值23，将信号幅值小于第一阈值23的部分都认为是背底信号，在此基础上整形电路16对第一探测脉冲20、第二探测脉冲21、及第三探测脉冲22进行整形得到整形脉冲波形。第一探测脉冲20、第二探测脉冲21、及第三探测脉冲22经过整形后得到对应的第四探测脉冲24、第五探测脉冲25、及第六探测脉冲26。在该光子计数探测结构中可以设定第二阈值27、第三阈值28、及第四阈值29，第二阈值27、第三阈值28、及第四阈值29分别对应三个能量通道(或者波长通道)，根据探测到的脉冲幅值高度，以判定探测到的射线光子归属于哪一个能量通道，最终获得射线得能量，如获取到的伽马射线谱。在该光子计数探测结构探测过程中，通过设置不同的阈值，以识别不同的射线的光子能量，但是，因为每一个探测脉冲对应一个入射光子，为了获得高质量的探测和成像，需要记录大量的光子数。受到传感器11的载流子渡越时间的限制，该光子计数探测结构的技数率较低，所以该光子计数探测结构成像时间远高于能量积分探测器的成像时间，成像时间较长对动态物体的探测形成很大的制约。另外，该光子计数探测结构在探测过程中每一个触发计数时只捕捉一个入射光子产生的信号。当入射的射线通量很大，单位时间入射的射线光子数很多，很难保证在触发沿只捕捉到一个射线光子的探测信号，导致探测到的射线能量谱分布误差较大。该光子计数探测结构探测信号较弱时，需要增益较高的电荷放大器15，同时，该光子计数探测结构还需要对探测到的信号通过整形电路16、比较电路17比较、反重合电路18、计数电路19等电路。
[0004]目前，主要存在以下问题：
[0005]1、探测器结构复杂，在使用时，需要时间和空间的校准；
[0006]2、光子计数探测结构需要记录单个光子探测脉冲，导致探测速度慢，另外，光子计数探测架构中还需要整形、比较、读数等电路，因此，生产成本较高；
[0007]3、现有的积分型直接探测器和间接探测器不能分别获得低能X射线的探测信号和高能X射线的探测信号，因此，不能更好的区分被探测物体的密度。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种双能X射线探测器结构及探测方法，该双能X射线探测器结构可以分别获得低能X射线信号和高能X射线信号。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双能X射线探测器结构，包括具有正极输出端和接地输出端的电源组件、探测组件；
[0010]所述双能X射线包括低能X射线和高能X射线；
[0011]所述探测组件包括光子吸收体、对称贴设在所述光子吸收体两侧的第一电极组件及第二电极组件；
[0012]所述光子吸收体包括供所述双能X射线入射的第一侧、以及与所述第一侧相对设置的第二侧，所述低能X射线在所述第一侧产生光生电子/空穴对，所述高能X射线在所述第二侧产生光生电子/空穴对；
[0013]所述第一电极组件贴设在所述光子吸收体的所述第一侧，所述第二电极组件贴设在所述光子吸收体的所述第二侧；
[0014]所述第一电极组件包括至少一个第一电极及第二电极，所述第一电极或所述第二电极与所述正极输出端连接，对应的所述第二电极或所述第一电极与所述接地输出端连接，当所述第一电极组件上施加偏置电压时，所述第一电极和所述第二电极之间形成电位
差，以使在靠近所述第一侧的区域由所述低能X射线入射产生的所述光生电子/空穴对产生光生电子和光生空穴，并分别向所述第一电极和第二电极漂移，形成所述低能X射线的探测信号；
[0015]所述第二电极组件包括至少一个第三电极及第四电极，所述第三电极或所述第四电极与所述正极输出端连接，对应的所述第四电极或所述第三电极与所述接地输出端连接，当第二电极组件上施加偏置电压时，所述第三电极和所述第四电极之间形成电位差，以使在靠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双能X射线探测器结构，其特征在于，包括具有正极输出端和接地输出端的电源组件、探测组件；所述双能X射线包括低能X射线和高能X射线；所述探测组件包括光子吸收体、对称贴设在所述光子吸收体两侧的第一电极组件及第二电极组件；所述光子吸收体包括供所述双能X射线入射的第一侧、以及与所述第一侧相对设置的第二侧，所述低能X射线在所述第一侧产生光生电子/空穴对，所述高能X射线在所述第二侧产生光生电子/空穴对；所述第一电极组件贴设在所述光子吸收体的所述第一侧，所述第二电极组件贴设在所述光子吸收体的所述第二侧；所述第一电极组件包括至少一个第一电极及第二电极，所述第一电极或所述第二电极与所述正极输出端连接，对应的所述第二电极或所述第一电极与所述接地输出端连接，当所述第一电极组件上施加偏置电压时，所述第一电极和所述第二电极之间形成电位差，以使在靠近所述第一侧的区域由所述低能X射线入射产生的所述光生电子/空穴对产生光生电子和光生空穴，并分别向所述第一电极和第二电极漂移，形成所述低能X射线的探测信号；所述第二电极组件包括至少一个第三电极及第四电极，所述第三电极或所述第四电极与所述正极输出端连接，对应的所述第四电极或所述第三电极与所述接地输出端连接，当第二电极组件上施加偏置电压时，所述第三电极和所述第四电极之间形成电位差，以使在靠近所述第二侧的区域由所述高能X射线入射产生的所述光生电子/空穴对产生光生电子和光生空穴，并分别向所述第三电极和第四电极漂移，形成所述高能X射线的探测信号。2.根据权利要求1所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述低能X射线的能量级为数万电子伏特；所述高能X射线的能量级为数十万至数百万电子伏特。3.根据权利要求1所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述光子吸收体为碲化镉、碲锌镉、或钙钛矿单晶中的一种。4.根据权利要求3所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述光子吸收体沿所述双能X射线入射方向的厚度为5mm～10mm。5.根据权利要求1所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、及所述第四电极均为叉齿电极；所述叉齿电极包括底部以及对称设置在所述底部两侧并延伸出所述底部的矩形齿，所述矩形齿与所述底部形成“凹型”结构。6.根据权利要求1
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5任一项所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述电源组件为具有所述正极输出端和所述接地输出端的偏置电源，所述第一电极与所述第三电极接所述正极输出端，所述第二电极与所述第四电极接所述接地输出端。7.根据权利要求1
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5任一项所述的双能X射线探测器结构，其特征在于，所述探测组件还包括第一差分放大器、第二差分放大器，所述第一差分放大器分别与所述第一电极及所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫华，宋波，徐建军，雷威，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：